Question

资料：（1）草酸亚铁晶体（FeC₂O₄?2H₂O）呈淡黄色；（2）KMnO₄在酸性条件的还原产物为Mn²⁺．某课题组为探究草酸亚铁晶体的化学性质，进行了一系列实验探究．
（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．这说明草酸亚铁晶体具有

 

（填“氧化性”、“还原性”或“碱性”）．若反应中消耗1mol FeC₂O₄?2H₂O，则参加反应的KMnO₄为

 

mol．
（2）资料表明：在密闭容器中加热到一定温度时，草酸亚铁晶体可完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体．课题组根据课本上所介绍的铁的氧化物的性质，对黑色固体的组成提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部是FeO；假设二：

 

；假设三：

 

（3）为验证上述假设一是否成立，课题组进行如下研究．
[定性研究]请你完成下表中内容．

实验步骤（不要求具体的操作过程）	预期实验现象和结论
取少量黑色固体，

[定量研究]课题组在文献中查阅到，FeC₂O₄?2H₂O受热分解时，固体质量随温度变化的曲线如图所示，写出加热到400℃时，FeC₂O₄?2H₂O晶体受热分解的化学方程式为：

 

根据图象，如有1.0g草酸亚铁晶体在坩埚中敞口充分加热，最终残留黑色固体的质量大于0.4g．某同学由此得出结论：假设一不成立．你是否同意该同学的结论

 

（填“同意”或“不同意”），并简述理由

 

．

Answer 1

分析：（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，草酸亚铁具有还原性，依据电子守恒计算得到消耗的高锰酸钾物质的量；
（2）草酸亚铁晶体可完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体可能为氧化亚铁或四氧化三铁，分析判断；
（3）氧化亚铁溶解于盐酸生成氯化亚铁溶液，加入KSCN溶液，若溶液不变红证明假设一正确；
定量实验：根据图中提供的信息，通过计算可以判断反应的化学方程式和物质的化学式；
如有1.0g草酸亚铁晶体在坩埚中敞口充分加热，最终残留黑色固体的质量大于0.4g．某同学由此得出结论：假设一不成立不合理，氧化亚铁可以被空气氧化．

解答：解：（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，草酸亚铁具有还原性，依据电子守恒计算得到消耗的高锰酸钾物质的量，依据氧化还原反应电子守恒原子守恒配平书写离子方程式为：
5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+3Mn²⁺+5CO₂↑+12H₂O，消耗1mol FeC₂O₄?2H₂O，则参加反应的KMnO₄为0.6mol；
故答案为：还原性；0.6；
（2）假设一：全部是氧化亚铁；假设二：全部是四氧化三铁；假设三：氧化亚铁和四氧化三铁的混合物；
故答案为：全部是四氧化三铁；氧化亚铁和四氧化三铁的混合物；
（3）[定性研究]实验步聚：取少量黑色固体，加入适量的稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液．现象与结论：若溶液不变红，则假设一成立，若溶液变红，则假设一不成立；
故答案为：取少量黑色固体，加入适量的稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，若溶液不变红，则假设一成立，若溶液变红，则假设一不成立；
[定量研究]通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，设失去结晶水x，图象分析可知固体质量变化1.0-0.8=0.2g，依据则反应的化学方程式计算为：
FeC₂O₄?2H₂O

△   .

FeC₂O₄+（2-x）H₂O+xH₂O△m
 180                                 18x
  1.0                                 0.2
x=2
加热到300°C，晶体全部失去结晶水生成草酸亚铁和水，
继续加热到400°C，固体质量减少0.8g-0.4g=0.4g；此时草酸亚铁分解减少的是气体质量，反应过程中一定存在反应生成氧化亚铁和二氧化碳，铁元素化合价不变时，依据元素化合价变化和电子守恒可知碳元素化合价从+3价变化为+4价，一定有化合价降低生成+2价的一氧化碳，反应的化学方程式FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂，分析图象可知；
FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ △m
  144               72     
   0.8              0.4
计算结果符合图象固体质量变化，所以反应的化学方程式为：FeC₂O₄.2H₂O

△   .

FeO+CO+CO₂+2H₂O；
故答案为：FeC₂O₄.2H₂O

△   .

FeO+CO+CO₂+2H₂O；
如有1.0g草酸亚铁晶体在坩埚中敞口充分加热，依据铁元素守恒计算得到若生成氧化亚铁，质量为0.4g，但实验过程中最终残留黑色固体的质量大于0.4g，可能是实验未在密闭容器中进行，氧化亚铁被空气氧化为氧化铁，某同学由此得出结论：假设一不成立不合理；
故答案为：不同意，实验未在密闭容器中进行，FeO会被空气进一步氧化，生成铁的其它氧化物．

点评：本题考查了铁及其化合物性质的实验验证和实验分析判断，定量计算，图象分析是解题关键，题目难度较大．